Publicación: Prototipo de máquina para el grabado láser de patrones gráficos multicolor sobre cerámicos
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Resumen en español
RESUMEN: El grabado de patrones gráficos multicolor en sustratos cerámicos es un proceso de reproducción de imágenes sobre baldosas cerámicas que posee ventajas frente a otros métodos, principalmente en cuanto a calidad, definición, durabilidad, rapidez e invasión. Además, es un método de prototipado rápido que facilita marcar volúmenes pequeños, de forma personalizada. Tradicionalmente se ejecuta con pigmentos cerámicos comerciales o preparados, que se aplican manualmente sobre el sustrato a grabar (por aerosol, cinta de transferencia o brocha), que luego por la acción de un láser son vitrificados y finalmente el exceso en las zonas no vitrificadas se remueve por lavado. Este proceso se replica tantas veces como colores tenga el diseño. Por la naturaleza del proceso, hay un desperdicio significativo de pigmento asociado pues resulta complejo aplicarlo solo en las zonas que van a ser vitrificadas por el láser, con las formas de agregación comunes en presentaciones comerciales. Además, se torna una operación totalmente manual pues, a pesar de que los mecanismos de vitrificación son normalmente láser CNC; el proceso de aplicación de pigmento, lavado y puesta en marcha del láser lo debe realizar una persona. Por lo anterior, en el presente trabajo de grado se plantea el diseño y fabricación de una integración tecnológica en forma de sistema mecatrónico que permita tener un proceso de depósito controlado (sistema de impresión digital) coordinado con un sistema láser. Este sistema permite combinar las ventajas de la impresión (definición, dosificación, rendimiento, multicromática) con las de la vitrificación láser para lograr grabados multicolor sobre sustratos cerámicos. Para el proceso de diseño mecatrónico se fundamenta en la metodología de diseño mecánico de David Ullman. Este sistema prototipado automatiza el proceso de manera que solo con la alimentación de pigmentos, sustrato, energía y el control mediante interfaz en computador se pueda ejecutar el proceso con mínima intervención humana, logrando también estandarización en el resultado. El prototipo logrado es un robot coordenado con dos grados de libertad, que posee en un mismo mecanismo móvil los cabezales de depósito y el módulo láser de diodo, además, por medio de un control CNC puede procesar código G, generando así la acción de cada uno de los subsistemas.
Resumen en inglés
ABSTRACT: The engraving of multicolored graphic patterns on ceramic substrates is an image reproduction process on ceramic tiles. It has advantages over other methods, mainly in quality, definition, durability, production speed and a less invasive process. In addition, it is a rapid prototyping solution that makes it easy to engrave small volumes, in a personalized way. It is traditionally executed with commercial or prepared ceramic pigments, which are applied manually on the substrate to be engraved (by aerosol, transfer tape or brush), which are then vitrified by the action of a laser and finally the excess in the non-vitrified areas is remove by washing of the tile. This process is replicated as many times as there are colors in the design. Due to the nature of the process, there is a significant waste of pigment because is complicated to apply it only in the areas that are going to be vitrified by the laser with the applying common methods in commercial presentations. Also, the process is considered a totally manual operation because the common vitrification mechanisms is through a CNC laser; the process of applying pigment, washing and starting the laser must be done by a operator. Therefore, in the present thesis the design and manufacture of a technological integration as mechatronic system that allows to have a controlled deposit process (digital printing system) coordinated with a laser system is proposed. This system combine the advantages of printing (definition, dosage, performance, multi-color) with those of laser vitrification to achieve multi-color engravings on ceramic substrates. The mechatronic design process uses David Ullman's Mechanical Design methodology. This prototyped system automates the process and only with the need of pigments, substrate, energy and the control by computer interface, the process can be executed with minimal human intervention, also achieving standardization in the result. The prototype achieved is a “XY” coordinated robot with two degrees of freedom, which has the deposit heads and the diode laser module in the same mobile mechanism, and which, through a CNC control, can process G code, generating the action of each one of the subsystems.